获取井旁构造的方位的方法与流程

本发明涉及测井技术，尤其涉及一种获取井旁构造的方位的方法。

背景技术：

根据井旁构造的方位可以确定井旁构造与油井井筒相对方位关系，井旁构造与油井井筒相对方位关系结合反射成像可得到井旁构造产状信息，井旁构造与油井井筒相对方位关系还可以确定井旁构造在油井井筒的空间展布，为后期石油储层改造提供工程施工依据，因此，获取井旁构造的方位具有重要的意义。其中，井旁构造是指油井井筒周围的地质构造，比如断层、储集层和裂缝等。

目前对井旁构造的方位的获取方法，主要有正交偶极远探测成像法，基于三分量传感器的远探测方法以及BARS(Borehole acoustic reflection survey)方法。其中，正交偶极远探测成像法利用正交偶极子定向发射与接收，通过双余弦映射与横波辐射、接收声场关系，得到井旁构造的倾角、倾向及走向等产状信息，但在判定井旁构造与井筒的方位关系时，受到井下声波测量仪器声波接收器组合的限制，存在构造方位的180°不确定性；基于三分量传感器的远探测方法通过对反射波水平分量与垂直分量的联合反演消除井旁构造的方位不确定性，但受制于三分量传感器自身限制，难以应用于连续测井过程；BARS方法利用不同方位接收器回波能量大小进行比对，可以确定井旁构造方位，但在实际应用中，反射波能量易受到多种不定因素影响，井旁构造的方位的测定结果不准确。

技术实现要素：

本发明提供一种获取井旁构造的方位的方法，以克服现有技术中井旁构造的方位的测定结果不准确的技术问题。

本发明提供一种获取井旁构造的方位的方法，应用于阵列声波成像测井仪，所述阵列声波成像测井仪包括声波发射器和多个声波接收器，每个源距对应的测试面上包括位于不同方位的第1声波接收器、第2声波接收器至第N声波接收器，在同一测试面上第1声波接收器至第N声波接收器按照顺时针方向均布在同一个圆周上，且各测试面对应的第n声波接收器位于同一个方位，n＝1,2……N，所述方法包括：

获取各测试面上的各声波接收器对应的第一声波，其中，第一声波为声波接收器接收的声波的信号；

采用地层纵波FIR滤波器对各声波接收器对应的所述第一声波进行滤波，得到各所述第一声波对应的地层纵波；

将各所述第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波进行相关系数计算，得到相关函数取极大值时对应的时间，将所述时间作为反射波到时，每个第一声波对应一个所述反射波到时；

获取位于同一方位的各声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时的总和，每个方位对应一个反射波到时的总和；

根据不同方位对应的反射波到时的总和与所述第1声波接收器的方位，得到井旁构造的方位。

如上所述的方法，在采用地层纵波FIR滤波器对各声波接收器对应的所述第一声波进行滤波，得到各所述第一声波对应的地层纵波之前，所述方法还包括：

针对每个测试面，将同一测试面上各声波接收器对应的第一声波的波形幅度进行加权平均，得到第二声波；其中，第二声波包括地层纵波；

采用慢度-时间相关法，根据所有测试面上的第二声波，得到地层纵波的慢度；

采用频散分离方法，根据所有测试面上的第二声波，得到频散图，所述第二声波包含的各模式波分布在所述频散图上的不同位置处，所述频散图的纵坐标为慢度，横坐标为频率；

根据所述地层纵波的慢度和所述频散图，确定地层纵波的目标频率；

根据所述目标频率，获取地层纵波FIR滤波器。

如上所述的方法，所述根据不同方位对应的反射波到时的总和与所述第1声波接收器的方位，得到井旁构造的方位，包括：

按照从小到大的顺序对各方位的声波接收器接收到的第一声波对应的反射波到时的总和进行排序；

根据各反射波到时的总和的顺序与所述第1声波接收器的方位确定所述井旁构造的方位。

如上所述的方法，同一测试面包括4个或6个所述声波接收器；

所述根据各反射波到时的总和的顺序与第1声波接收器的方位，确定井旁构造的方位包括：

若各反射波到时的总和均不相同，且排序第一和第二的反射波到时的总和的差值不在预设差值范围内，所述排序第一的各反射波到时的总和对应的方位为第i声波接收器的方位，根据所述第一接收器的方位获取第i声波接收器的方位，将所述第i声波接收器的方位作为所述井旁构造的方位；

若各反射波到时的总和均不相同，且排序第一和第二的反射波到时的总和的差值在预设差值范围内，所述排序第一的各反射波到时的总和对应的方位为第i声波接收器的方位，所述排序第二的各反射波到时的总和对应的方位为第j声波接收器的方位，根据所述第一接收器的方位确定所述第i声波接收器和所述第j声波接收器中间位置的方位，将所述中间位置的方位作为所述井旁构造的方位；

其中，1≤i≤N，1≤j≤N，i、j均为正整数。

如上所述的方法，同一测试面包括8个所述声波接收器；

所述根据各反射波到时的总和的顺序与第1声波接收器的方位，确定井旁构造的方位包括：

若各反射波到时的总和均不相同，所述排序第一的各反射波到时的总和对应的方位为第i声波接收器的方位，根据所述第一接收器的方位获取第i声波接收器的方位，将第i声波接收器的方位作为所述井旁构造的方位。

如上所述的方法，在所述根据各反射波到时的总和的顺序与所述第1声波接收器的方位确定井旁构造的方位之后，所述方法还包括：

获取所述井旁构造的走向，所述井旁构造的走向是指所述井旁构造与所述正北方向的逆时针夹角。

如上所述的方法，在所述将各所述第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波进行相关系数计算，得到相关函数取极大值时对应的时间之前，还包括：

采用波场分离的方法分离各所述第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波。

如上所述的方法，所述声波发射器对应的声源为单级无向辐射声源。

本发明的获取井旁构造的方位的方法包括：获取各测试面上的各声波接收器对应的第一声波；其中，第一声波为声波接收器接收的声波的信号；采用地层纵波FIR滤波器对各声波接收器对应的第一声波进行滤波，得到各第一声波对应的地层纵波；将各所述第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波进行相关系数计算，得到相关函数取极大值时对应的时间，将相关函数取极大值时对应的时间作为反射波到时，每个第一声波对应一个反射波到时；获取位于同一方位的各声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时的总和，每个方位对应一个反射波到时的总和；根据不同方位对应的反射波到时的总和与第1声波接收器的方位，得到井旁构造的方位。本发明的获取井旁构造的方位的方法可以用于连续测井过程中，对井旁构造的方位的测定准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的获取井旁构造的方位的方法的流程图一；

图2为本发明提供的测量井旁构造的方位的场景示意图；

图3为本发明提供的一个测试面上的声波接收器示意图一；

图4为本发明提供的一个测试面上的声波接收器示意图二；

图5为本发明提供的井旁构造方位确定示意图一；

图6为本发明提供的井旁构造方位确定示意图二；

图7为本发明提供的井旁构造方位确定示意图三；

图8为获取井旁构造的走向的示意图；

图9为本发明提供的获取井旁构造的方位的方法的流程图二；

图10为本发明提供的各测试面对应的第二声波的示意图；

图11为本发明提供的时间-慢度相关图；

图12为本发明提供的频散图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

通过在不同的地层深度连续获取井旁构造的方位，可以获取井旁构造的空间展布，为后期石油储层改造提供工程施工依据，因此，获取井旁构造的方位具有重要的意义。本发明提供一种可连续变化测量深度以测定不同深度处的井旁构造的方位的方法，以获取井旁构造的空间展布。下面对本发明的获取井旁构造的方位的方法进行详细的说明。

图1为本发明提供的获取井旁构造的方位的方法的流程图一，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤S101、获取各测试面上的各声波接收器对应的第一声波；其中，第一声波为声波接收器接收的声波的信号；

步骤S102、采用地层纵波FIR滤波器对各声波接收器对应的第一声波进行滤波，得到各第一声波对应的地层纵波；

步骤S103、将各所述第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波进行相关系数计算，得到相关函数取极大值时对应的时间，将所述时间作为反射波到时，每个第一声波对应一个所述反射波到时；

步骤S104、获取位于同一方位的各声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时的总和，每个方位对应一个反射波到时的总和；

步骤S105、根据不同方位对应的反射波到时的总和与第1声波接收器的方位，得到井旁构造的方位。

具体地，图2为本发明提供的测量井旁构造的方位的场景示意图，图3为本发明提供的一个测试面上的声波接收器示意图一，图4为本发明提供的一个测试面上的声波接收器示意图二。参见图2～4，本实施例采用的测量装置为阵列声波成像测井仪21，阵列声波成像测井仪21包括声波发射器22和多个声波接收器23，每个源距对应一个测试面，源距是指声波接收器和声波发射器之间的距离；每个源距对应测试面上包括位于不同方位的第1声波接收器、第2声波接收器至第N声波接收器，在同一测试面上第1声波接收器至第N声波接收器按照顺时针方向均布在同一个圆周上，且各测试面对应的第n声波接收器位于同一个方位，n＝1,2……N。图3所示的一个测试面上具有N＝4个声波接收器，每个接收器之间的夹角为90°，图中的R1、R2、R3、R4分别代表第1声波接收器、第2声波接收器、第3声波接收器、第4声波接收器；图4所示的一个测试面上具有N＝8个声波接收器，每个接收器之间的夹角为45°，图中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别代表第1声波接收器、第2声波接收器、第3声波接收器、第4声波接收器、第5声波接收器、第6声波接收器、第7声波接收器、第8声波接收器。其中，声波发射器对应的声源为单级无向辐射声源。

参见图3，第一方向为正北向。方位是指以第1声波接收器、第2声波接收器至第4声波接收器组成的圆的圆心为角的顶点，以圆心和第一方向上的点N组成的直线为角的一边，以圆心和声波接收器的中心点组成的直线为角的另一边，得到的顺时针夹角，比如∠NOM，比如∠NOP。若没有圆心存在，角的顶点的选取方法为：在第一方向所在的直线和物体的中心点所在的直线的交点的第一方向取一个点，这个点在第一方向所在的直线上，这个点即为角的顶点，以第一方向所在的直线为角的一边，以顶点和物体的中心点直线为角的另一边，得到的顺时针夹角即为该物体的方位。

阵列声波成像测井仪21设置在油井井筒25的内部，可以上下移动，以在不同的深度测量井旁构造，实现连续测井，从而可确定一个井旁构造在空间上的分布。如图2所示的井旁构造24，可以通过逐渐下移阵列声波成像测井仪，在不同的地层26深度方向上测定井旁构造的方位，确定井旁构造24在空间上的分布为A位置至B位置。

对各测试面上的各声波接收器接收的声波进行采样，得到各声波接收对应的第一声波，其中，第一声波为各声波接收器接收的声波的信号；

得到各声波接收器对应的第一声波后，采用地层纵波FIR滤波器对各声波接收器对应的第一声波进行滤波，得到各第一声波对应的地层纵波。其中，第一声波中具有直达波和反射波，第一声波中的直达波为声波接收器接收的声波中的直达波信号，第一声波中的反射波为声波接收器接收的声波中的反射波信号；直达波为声波发生器发射的声波未经反射的波，反射波为声波发生器发射的声波经过反射的波。各声波接收器接收的声波具有多种模式波，地层纵波为第一声波中包含的一种模式的波信号，地层纵波中又包含直达波的地层纵波和反射波的地层纵波。地层纵波FIR滤波器只允许地层纵波通过，其余的波信号被滤掉，因此，采用地层纵波FIR滤波器对第一声波进行滤波，可以得到各第一声波对应的地层纵波。

将各第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波进行相关系数计算，得到相关函数取极大值时对应的时间，将相关函数取极大值时对应的时间作为反射波到时，每个第一声波对应一个反射波到时。反射波到时为反射波到达的时间，比如，反射波到达的时间可为第5s、第7s等。其中，将两列波进行相关系数计算，得到相关函数取极大值时对应的时间，是现有技术中成熟的方法，本实施例中不作赘述。

在将各第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波进行相关系数计算，得到相关函数取极大值时对应的时间之前，还包括步骤“采用波场分离的方法分离各第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波”，其中波场分离的方法为现有技术中的方法，可以参照中国发明专利CN201510680914.1中的方法，本实施例中不再赘述。

获取位于同一方位的各声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时的总和；比如，阵列声波成像测井仪包括8个测试面(在8个源距处设置有声波接收器)，每个方位对应一个反射波到时的总和，每个测试面设置有4个声波接收器，则具有4个不同的方位，即在4个方位上具有声波接收器，每个方位上具有8个声波接收器，那么将每个方位上的8个声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时相加，得到4个反射波到时总和。

接着根据不同方位的声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时的总和与第1声波接收器的方位，得到井旁构造的方位。反射波到时相对于反射波能量受外界因素影响较小，对井旁构造的方位的测量准确。

其中，根据不同方位的声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时的总和与第1声波接收器的方位，得到井旁构造的方位，具体包括：按照从小到大的顺序对各方位的声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时的总和进行排序；根据各反射波到时的总和的顺序与第1声波接收器的方位确定井旁构造的方位。

其中，若同一测试面包括4个或6个声波接收器，根据各反射波到时的总和的顺序与第1声波接收器的方位，确定井旁构造的方位包括：若各反射波到时的总和均不相同，且排序第一和第二的反射波到时的总和的差值不在预设差值范围内，排序第一的各反射波到时的总和对应的方位为第i声波接收器的方位，根据第一接收器的方位获取第i声波接收器的方位，将第i声波接收器的方位作为井旁构造的方位；若各反射波到时的总和均不相同，且排序第一和第二的反射波到时的总和的差值在预设差值范围内，排序第一的各反射波到时的总和对应的方位为第i声波接收器的方位，排序第二的各反射波到时的总和对应的方位为第j声波接收器的方位，根据第一接收器的方位确定第i声波接收器和第j声波接收器中间位置的方位，将中间位置的方位作为井旁构造的方位；其中，1≤i≤N，1≤j≤N，i、j均为正整数。

具体地，若在阵列声波成像测井仪当前位于的深度范围内，没有井旁构造，那么各方位的反射波到时应该相同；若在阵列声波成像测井仪当前位于的深度范围内，具有井旁构造，那么被井旁构造反射的波应该先收到，井旁构造所处的方位对应的反射波到时应该最小。

图5为本发明提供的井旁构造方位确定示意图一，图6为本发明提供的井旁构造方位确定示意图二，图7为本发明提供的井旁构造方位确定示意图三。

参见图5，图中的R1、R2、R3、R4分别代表第1声波接收器、第2声波接收器、第3声波接收器、第4声波接收器，粗虚线所指的方位即为井旁构造24的方位；图5所示的情况为：若各反射波到时的总和均不相同，且排序第一和第二的反射波到时的总和的差值不在预设差值范围内，以同一测试面包括4个声波接收器为例，各方位对应的反射波到时总和的顺序的形式为T_a＜T_b＜T_c＜T_d，则将T_a对应方位的声波接收器的方位作为井旁构造的方位；若T_a对应的方位的声波接收器为第3声波接收器，则根据第1声波接收器的方位θ获取第3声波接收器的方位为θ+90°×2；即若T_a对应的方位的声波接收器为第i声波接收器，则根据第1声波接收器的方位θ获取第i声波接收器的方位为θ+90°×(i-1)。其中，预设差值范围可以根据具体测量过程确定。

参见图6～7，图中的R1、R2、R3、R4分别代表第1声波接收器、第2声波接收器、第3声波接收器、第4声波接收器，粗虚线所指的方位即为井旁构造的方位；图6所示的情况为：若各反射波到时的总和均不相同，且排序第一和第二的反射波到时的总和的差值在预设差值范围内，以同一测试面包括4个声波接收器为例，各方位对应的反射波到时总和的顺序的形式为T_a≈T_b＜T_c＜T_d，或者T_a≈T_b＜T_c≈T_d，其它反射波到时总和的顺序的形式不存在；排序第一的各反射波到时的总和对应的方位为第1声波接收器的方位，排序第二的各反射波到时的总和对应的方位为第4声波接收器的方位，根据第一接收器的方位确定第1声波接收器和第4声波接收器中间位置的方位为315°+θ，第1声波接收器和第4声波接收器中间位置如图6中粗虚线所示；若排序第一的各反射波到时的总和对应的方位为第2声波接收器的方位，排序第二的各反射波到时的总和对应的方位为第3声波接收器的方位，根据第一接收器θ的方位确定第2声波接收器和第3声波接收器中间位置的方位135°+θ，第2声波接收器和第3声波接收器中间位置如图7中粗虚线所示。

此处需要说明的是，无论一个测试面上具有4个声波接收器或者6个声波接收器，不存在排序第一的各反射波到时的总和对应的方位为第i声波接收器的方位，排序第二的各反射波到时的总和对应的方位为第i+2声波接收器的方位的情况。

若同一源距包括8个声波接收器，根据各反射波到时的总和的顺序与第1声波接收器的方位，确定井旁构造的方位包括：若各反射波到时的总和均不相同，排序第一的各反射波到时的总和对应的声波接收器为第i声波接收器，根据第一接收器的方位获取第i声波接收器的方位，将第i声波接收器的方位作为井旁构造的方位。

其中，上述获取井旁构造的方位的方法中，获取第1声波接收器的方位θ的方法为：在裸眼井中采用为三参数测斜仪获取，在套管井中为光纤陀螺仪获取。

在得到了井旁构造的方位之后，便可以确定井筒与井旁构造之间的相对位置关系。

根据各反射波到时的总和的顺序与第1声波接收器的方位确定井旁构造的方位之后还包括以下步骤：获取井旁构造的走向，井旁构造的走向是指所述井旁构造与正北方向的逆时针夹角。

其中，井旁构造的走向是井旁构造的产状信息。图8为获取井旁构造的走向的示意图。参见图8，XY代表井旁构造，O₁为某一测试面上第1声波接收器至第4声波接收器组成的圆的圆心，井旁构造的方位为第2个接收器的方位，过第2个接收器的中心点向井旁构造的第一侧面作垂线，垂足记为G，过G点作N₁O₁的平行线N₂G，∠N₂GY即为井旁构造的走向。∠N₁O₁G＝θ+90°，∠O₁GN₂＝180°-∠N₁O₁G＝90°-θ，∠N₂GY＝90°-∠O₁GN₂＝θ。其它方位的井旁构造的走向的方法均按照上述的方法获取。

本实施例中获取井旁构造的方位的方法包括：获取各测试面上的各声波接收器对应的第一声波；其中，第一声波为声波接收器接收的声波的信号；采用地层纵波FIR滤波器对各声波接收器对应的第一声波进行滤波，得到各第一声波对应的地层纵波；将各所述第一声波对应的地层纵波中的直达波的地层纵波和反射波的地层纵波进行相关系数计算，得到相关函数取极大值时对应的时间，将所述时间作为反射波到时，每个第一声波对应一个所述反射波到时；获取位于同一方位的各声波接收器对应的第一声波对应的反射波到时的总和，每个方位对应一个反射波到时的总和；根据不同方位对应的反射波到时的总和与第1声波接收器的方位，得到井旁构造的方位。本实施例的获取井旁构造的方位的方法可以用于连续测井过程中，对井旁构造的方位的测定准确。

下面采用具体的实施例，对图1所示方法实施例的技术方案进行详细说明。

图9为本发明提供的获取井旁构造的方位的方法的流程图二，本实施例的方法是在“采用地层纵波FIR滤波器对各声波接收器接收的第一声波进行滤波，得到各第一声波对应的地层纵波”之前进行的，为获取地层纵波FIR滤波器的过程，如图9所示，本实施例的方法可以包括：

步骤S201、针对每个测试面，将同一测试面上各声波接收器对应到的第一声波的波形幅度进行加权平均，得到第二声波；其中，第二声波包括地层纵波；

步骤S202、采用慢度-时间相关法，根据所有测试面上的第二声波，得到地层纵波的慢度；

步骤S203、采用频散分离方法，根据所有测试面上的第二声波，得到一个频散图，第二声波包含的各模式波分布在频散图上的不同位置处，频散图的纵坐标为慢度，横坐标为频率；

步骤S204、根据地层纵波的慢度和频散图，确定地层纵波的目标频率；

步骤S205、根据目标频率，获取地层纵波FIR滤波器。

具体地，图10为本发明提供的各测试面对应的第二声波的示意图；图11为本发明提供的时间-慢度相关图；图12为本发明提供的频散图。

参见图10～12，针对每个测试面，将同一测试面上各声波接收器对应到的第一声波的波形幅度进行加权平均得到第二声波，也就是说，若具有8个测试面，就具有8个第二声波。第二声波的性质与上述实施例中的第一声波的性质相同，图10中的C位置处为直达波的地层纵波、D位置处为直达的地层横波、E位置处为直达的流体-地层界面斯通利波；各模式的反射波的能量相对与各模式的直达波比较小，在图10中不易看出。但不论是直达波的地层纵波还是反射波的地层纵波，慢度和频率等性质都是一致的。

采用慢度-时间相关法，根据8个第二声波，得到地层纵波的慢度，如图11中F位置处；

采用频散分离方法，根据所8个第二声波，得到频散图，如图12所示，频散图的纵坐标为慢度，横坐标为频率；第二声波包含的各模式波分布在频散图上的不同位置处，101为流体-地层界面斯通利波在频散图上的位置，102为地层横波在频散图上的位置，103为地层纵波在频散图上的位置。

根据得到的地层纵波的慢度(约35～60us/ft)和地层纵波在频散图上的位置，确定地层纵波的目标频率，目标频率约为18～30KHz。

根据目标频率，设计地层纵波FIR滤波器，第一声波经过地层纵波FIR滤波器处理后，只会保留目标频率下对应的地层纵波，其它的模式波均被滤除。

得到地层纵波FIR滤波器，就可以应用在图1所示的方法中，得到井旁构造的方位。

本实施例通过获取地层纵波FIR滤波器，为获取井旁构造的方位提供了技术手段。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。